Safe Collision and Clamping Reaction for Parallel Robots During Human-Robot Collaboration

要約

パラレル ロボット (PR) は、移動質量が小さいため、人間とロボットの安全なコラボレーションの可能性をもたらします。
運動チェーンが平行であるため、衝突やチェーンのクランプなどの接触の危険性が高まります。
この作品では、実際の平面 PR 上のさまざまな接触反応を通じて安全性の確保を検討します。
外力は固有受容情報と力学モデルに基づいて推定され、接触検出が可能になります。
推定された作用線の方向に沿って後退すると、実験内で発生する接触力を最大速度 0.4m/s で 70N に制限する瞬時の応答が得られます。
さらなる戦略として、デカルト インピーダンス制御の剛性の低減が研究されています。
クランプの場合、フィードフォワード ニューラル ネットワーク (FNN) がさまざまな関節角度構成でトレーニングおよびテストされ、衝突またはクランプが発生したかどうかを 80% の精度で分類します。
2 番目の FNN は、クランプ運動連鎖を分類して、その後のクランプ ジョイント角度の回転プラットフォーム座標への運動学的投影を可能にします。
このようにして、よりソフトな後退動作に加えて、構造の開口が実行されます。
反応戦略は、その有効性を実証するために、さまざまな速度とコントローラーの剛性で実際の実験で比較されます。
結果は、すべての衝突およびクランプ実験において、PR が 130 ミリ秒未満で接触を終了することを示しています。

要約(オリジナル)

Parallel robots (PRs) offer the potential for safe human-robot collaboration because of their low moving masses. Due to the in-parallel kinematic chains, the risk of contact in the form of collisions and clamping at a chain increases. Ensuring safety is investigated in this work through various contact reactions on a real planar PR. External forces are estimated based on proprioceptive information and a dynamics model, which allows contact detection. Retraction along the direction of the estimated line of action provides an instantaneous response to limit the occurring contact forces within the experiment to 70N at a maximum velocity 0.4m/s. A reduction in the stiffness of a Cartesian impedance control is investigated as a further strategy. For clamping, a feedforward neural network (FNN) is trained and tested in different joint angle configurations to classify whether a collision or clamping occurs with an accuracy of 80%. A second FNN classifies the clamping kinematic chain to enable a subsequent kinematic projection of the clamping joint angle onto the rotational platform coordinates. In this way, a structure opening is performed in addition to the softer retraction movement. The reaction strategies are compared in real-world experiments at different velocities and controller stiffnesses to demonstrate their effectiveness. The results show that in all collision and clamping experiments the PR terminates the contact in less than 130ms.

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